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Lunes de Ciencia

Ya tenía tiempo que no publicaba algo en esta sección, la cual debo decirlo, es mi favorita de escribir, pero la que más se me dificulta, más que nada, por tratar de hacerlo lo más simple posible.

Hace un par de horas mientras viajaba por el metrobus, una pareja a mi lado, iba hablando precisamente sobre reactores nucleares, desafortunadamente por lo cerrado del lugar muchas veces no podemos evitar el escuchar conversaciones ajenas, y debo admitir que al escuchar el tema, me puse a prestar atención. El chavo, iba contándole a su novia cómo funciona una central nuclear y los reactores dentro de ella, y ella cual feligrés en una ceremonia religiosa, aceptaba todo lo que su novio le decía sin dudar por un momento de su palabra.

Cabe decir que todo lo que el chavo le dijo, eran puras tonterías, y que tuve que hacer un esfuerzo muy grande por contenerme y no corregirlo durante la conversación. Bueno, precisamente por esto, creo que hoy sería una buena idea el hablar precisamente de cómo funcionan las centrales nucleares, y los reactores dentro de ellas.

Un reactor nuclear es un dispositivo en el que es posible el generar una reacción nuclear de forma controlada. Estas reacciones se pueden utilizar para varias cosas, como por ejemplo generar neutrones y positrones para la investigación científica, generar plutonio que tiene diversos usos, como combustible de propulsión, o uno de sus usos más comunes, la generación de calor y de ahí la de energía eléctrica en centrales nucleares, que es lo que hoy nos interesa.

Los hay también de diversos tipos, podríamos separarlos en reactores de fisión y de fusión, o debido al uso que se les de. Quedémonos con la primer clasificación, y mencionemos algunas diferencias.

En física, la fisión es una reacción que sucede en el núcleo atómico. Esta ocurre cuando un núcleo pesado se divide en dos o más núcleos pequeños. La fisión es un proceso exotérmico por lo que libera grandes cantidades de energía. Esta energía se emite, tanto en forma de radiación como de energía cinética, misma que calentará la materia que se encuentre alrededor de donde se produzca la fisión. La fisión se puede lograr por varios métodos, como lo es bombardear el núcleo de un átomo con energía. Esto hace que el núcleo se vuelva inestable, por lo que se partirá en varios pedazos, estos liberan además nuevos neutrones, que bombardearan nuevos núcleos  y los separaran, osease, se genera una reacción en cadena que transforma, el elemento original, y nos genera gran cantidad de energía y calor.

La fusión nuclear es el proceso inverso de la fisión, mientras que en esta un núcleo es separado en otros más pequeños, en la fusión varios núcleos se unen para formar un núcleo más pesado.  Esto hace que se libere una gran cantidad de energía, o que se absorba. Si son elementos de menor masa que el hierro los que se fusionan, estos liberan energía, si son de masa mayor absorben energía. La fusión nuclear es la principal fuente de combustible de las estrellas, incluido obviamente el Sol.

Como pueden ver, un reactor nuclear en ningún momento explota una bomba para hacer energía como iba afirmando el chavo del metrobus. En fin, continuemos.

Las centrales nucleares se aprovechan de la gran cantidad de calor que se genera para producir energía eléctrica, y son muy eficientes al hacerlo. En México contamos con la Central Nuclear de Laguna Verde, que anualmente genera 4,782 GWh de energía, que equivale (aunque no estoy muy seguro de esto) al 3% de la energía del país. Puede no sonar a mucho, sin embargo es una sola instalación de dos reactores la que genera eso, imagínense que con 10 iguales ya tendríamos el 30% y sin muchas complicaciones.

Pero, ¿cómo funcionan?

Por lo general en este caso se utilizan reactores de fisión, que utilizan uranio 235. La fisión se genera justo como ya lo explique y comienza a generar la energía en forma de calor, esta energía calienta contenedores de agua que están dentro del reactor y que debido a las altas temperaturas se transforma casi inmediatamente en vapor. El vapor fluye a través de un sistema de tuberías hasta llegar a unas turbinas, estas turbinas gracias al vapor se mueven y con su movimiento activan los generadores que se encargan de producir electricidad, la cual se almacena o distribuye de acuerdo a las necesidades que existan. El vapor se suele “reciclar” al ser condensado por medio de torres de refrigeración, regresando a los contenedores de agua del reactor y reiniciando el proceso.

El “humo” que se suele ver en estas torres de refrigeración es de esta forma, vapor de agua, y no humo como tal, ni mucho menos como dijera mi amigo del metrobus: “todos los contaminantes y material radioactivo”.

Obviamente las plantas generan desechos, mismos que son causantes de la mayor parte del temor que se le tiene al uso de energía nuclear. Estos desechos pese a lo que la mayoría de las películas e historias nos hacen creer, son manejados cuidadosamente y depositados en lugares apropiados en los que no puedan contaminar el medio ambiente, ni ser un peligro para las personas (en la mayoría de los casos, porque no faltará alguno que me quiera dar un ejemplo en que no). Además hoy día, se están haciendo grandes avances para la reutilización de estos residuos, y países como Japón y Francia (lideres en la producción de energía nuclear) ya reutilizan sus deshechos en las centrales mismas.

Debido a algunos accidentes que han sucedido en la historia, la gran mayoría de las personas no tiene confianza en la energía nuclear, sobretodo por asociarla también a las bombas. Esto es simplemente un claro ejemplo de que las cosas dependen del uso que se les de, pueden ser armas sí, pero también pueden ser una forma de producción de energía que no libera gases de efecto invernadero a la atmósfera y que por lo general no produce grandes contaminantes. Desastres como aquel de Chernobyl o lo sucedido en Fukushima a causa del terremoto y tsunami, no deben hacernos perder la fe en este tipo de energía, pues los accidentes pasan no sólo en centrales nucleares, también en hidroeléctricas, termoeléctricas, e incluso eólicas. La energía nuclear ha causado muchos menos accidentes letales por unidad de energía generada que cualquier otra de las formas principales de generación de energía.

Hace menos de una semana el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) dio en una conferencia de prensa una de las noticias más importantes para la física de particulas (y la física en general incluida) de los últimos años; después de que haber eludido a los físicos por más de 40 años, finalmente se comprobó la existencia de El Bosón de Higgs. También llamado “La Partícula de Dios”, el Bosón de Higgs viene a poner luz en una gama de conceptos que no se tenían claros y que nos ayudaran a comprender mejor el como funciona nuestro universo, tanto en escala microscópica, como en escala macroscópica.

Pero, ¿qué diablos es el Bosón de Higgs? ¿Por qué lo llaman “La Partícula de Dios”? ¿Y de qué sirve su descubrimiento? Bueno, pues aquí en Fukiu intentare responder todo eso de una manera simple.

Comencemos por lo más simple: el nombre.

Peter Higgs es un físico de partículas quien en 1964 junto con otras cinco personas, calculó la existencia de una partícula elemental en el Modelo Estándar de la física de partículas, partícula resultante de un campo que le brinda masa a las demás partículas elementales. De comprobarse la existencia de la partícula, se determinaría que el campo existe (se llama Campo de Higgs por si alguien lo dudaba), por lo que encontrar esa partícula era algo importante por hacer, y uno de los motivos por los que el LHC (Large Hadron Collider) fue creado.

Como ya dije, los científicos llevaban más de 40 años buscando dicha partícula, que si bien, existe en ecuaciones, eso no quiere decir que realmente deba existir (se podría explicar el resultado de esas ecuaciones con otros modelos); uno de los científicos que la estudiaban se llama Leon Lederman, quien escribió un libro llamado “The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?” (La Partícula de Dios: Si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?), en el que precisamente hablaba del Bosón de Higgs, y de ahí fue bautizado con ese nombre. Cabe aclarar que la mayoría de la comunidad científica detesta ese nombre, y que el nombre de God Particle, se debe más bien a causa del editor del libro de Lederman; Lederman escribió en realidad “The Goddamn Particle” (La Maldita Partícula), reflejando lo difícil y frustrante que era trabajar con ella, pero el editor no pudiendo permitir esa clase de lenguaje en el libro, rebautizo la partícula al nombre que escuchamos actualmente.

Ahora sí: ¿qué diablos es el Bosón de Higgs y de qué sirve su descubrimiento?

En la Teoría Cuántica de Campos, las entidades fundamentales del universo son los campos (como el Campo Electromagnético), y no las partículas. Estás ultimas son representadas como oscilaciones o cambios dentro de los campos. Por ejemplo las perturbaciones dentro del campo Electromagnético son llamadas “Fotones”, mientras que las perturbaciones en el Campo de Higgs, es precisamente el Bosón de Higgs.

El Modelo Estándar de la Física, es un modelo que explica la mayoría del universo a nuestro alrededor, cuando ese modelo estaba siendo desarrollado se descubrio que aunque explicaba gran parte de lo que proponía, para que funcionara muchas de las partículas involucradas no debían de tener masa, cosa que claramente no podía ser, pues aunque muy pequeña algunas la tienen, así que tenía que encontrarse un mecanismo que incorporara la masa a estas partículas, que fue lo que finalmente expondría Higgs.

En este mecanismo llamado “El Mecanismo de Higgs”, las partículas ganan masa al interactuar con el Campo de Higgs que existe en el espacio (por espacio me refiero a todo lo que nos rodea, no al espacio exterior), ya que en el Modelo Estándar a temperaturas altas tales que no se rompa la simetría electro-débil todas las partículas no tienen masa, cuando se alcanza una temperatura crítica el Campo de Higgs se vuelve taquionico se rompe la simetría, y los bosones W y Z adquieren masa, al igual que algunos fermiones. Este acercamiento permitió el explicar algunos fenómenos, sin cambiar radicalmente aquello que ya se había probado correcto anteriormente, y todo con la aparición de ese campo que les da masa a las partículas.

Es así como algunos consideran al Campo de Higgs como la energía en el vacio de la que todo surgió, y que dentro de las sucesivas rupturas de simetría, cambios de temperatura y densidades, fue lo que probablemente genero al universo al alterar a las fuerzas electro-debiles y fuertes, pues se cree que estas estaban unidas en una sola. El campo sirve para darle simetría a las ecuaciones existentes en la actualidad, pues el vació es el que generalmente se lleva la culpa de muchas de las complicaciones que surgen al tratar con partículas.

Para que se cumpliera todo lo anterior, cuando las partículas interactuarán con el Campo, este debía de generar como “residuo” un bosón, pero al mismo tiempo se descubrió que de existir dicho bosón, sería muy difícil de detectar pues sólo existiría por una fracción de segundo antes de  degradarse y desaparecer. Además la energía requerida para generar dicha partícula es tal, que solamente un acelerador masivo de partículas (como el LHC) podría ser capaz de crearlo y obtener rastros de su degradación, a esto debemos de sumar las miles de millones de partículas que se tienen que descartar antes de obtener una que funcione como el Bosón de Higgs, y de ahí corroborar que no haya sido todo tan sólo un error.

Es por eso que el descubrimiento de esta partícula es tan interesante e importante dentro de la Física, y que sin duda hará acreedor a quienes la generaron a un Premio Nobel en los próximos años. Hay muchísima más información referente a esta partícula y su interacción con las fuerzas de nuestro universo, sin embargo se pone un poco más complicado, mas si no les importa eso, los invito a investigar por su cuenta un poco más al respecto.

Zeus, Thor, Ilyapa, Lei Tsu, Perun, Raijin, y decenas de dioses más en distintas culturas servían como explicación al fenómeno de los rayos. Y es que desde el inicio de nuestra civilización, esos poderosos haz de luz nos han fascinado, pero era el desconocimiento por la ciencia lo que hacía atribuirlo a la irá de muchas deidades. Hoy día sabemos que aunque aún majestuosos, los dioses no tienen nada que ver con ellos. ¿Qué son y cómo se forman los rayos entonces?.

Antes que nada conviene que separemos los términos de Rayo, Relámpago y Trueno.

El Rayo es una descarga eléctrica que se produce en las nubes, llena de una increíble energía que según recuerdo en las míticas películas de Volver al Futuro, el Doctor Emmett Brown nos decía que tienen hasta 1.21 gigawatts, parecida a la energía de una reacción nuclear, aunque no necesariamente es así como mencionaré más adelante; los rayos son un claro ejemplo del plasma, uno de los estados de agregación de la materia..

El Relámpago es el resplandor que se produce en las nubes por la descarga eléctrica, al igual que los Rayos, estos siguen  una linea de gradiente de voltaje a través de la nube, pero a diferencia de estos, los Relámpagos nunca tocan el suelo.

El Trueno por su parte es el sonido que produce un Rayo, este surge cuando el último calienta instantáneamente el aire a temperaturas impresionantes, este aire aumenta su volumen y se expande gracias a ese aumento de temperatura, pero al mezclarse con el aire frio baja de golpe su temperatura y se contrae, la onda de choque que se genera por esta expansión y contracción es la responsable del característico sonido.

El cómo se originan los rayos sigue siendo un tema de debate entre los científicos, sin embargo se ha avanzado mucho en su estudio.

La más sencilla de las explicaciones nos dice que las gotas de agua pequeñas suelen ser arrastradas a la parte alta de la nube, donde se unen a más gotas en el camino y llegan a la parte más fría, es aquí donde estás se transforman en pequeños cristales de hielo, muy pesados para que los soporte el aire, así que comienzan a caer por gravedad. Al estar cayendo, se encuentran con las gotas de agua que van subiendo y chocan unas con otras, este choque hace que se liberen  cargas, llevándose los cristales de hielo la carga positiva, y las gotas de agua la negativa. Pronto la nube se encuentra con bastante carga positiva en la parte baja, y carga negativa en la parte alta, pronto el potencial eléctrico se vuelve lo suficientemente alto como para que ocurra una descarga, y es ahí donde se origina el primer rayo.

Pero, ¿por qué algunos caen a la tierra?

Bueno, mientras que la nube se va cargando electricamente, una carga igual pero de signo contrario surge también en la tierra, y nuevamente por potencial eléctrico llega un punto en el que surge a través de estas cargas una descarga, que sería el rayo cayendo a la tierra. Esto mismo es responsable de que algunas veces hayan rayos que suben de la tierra hacia la nube.

Existen muchos tipos de Rayos, de los que desconozco la mayoría, conozco tan sólo aquellos que van de Nube a Tierra, de Tierra a Nube, y los de Nube a Nube, aunque repito, hay más.

El voltaje que tiene un Rayo depende de la longitud del mismo, se estima que tienen alrededor de 1 Megawatt por metro, midiendo en promedio un kilómetro y medio, y se menciona que el punto cúspide de poder o energía que libera el Rayo se puede medir hasta en un Terawatt, mucho más de lo que hablaba el Doc. La descarga calienta el aire alrededor hasta en temperaturas de 20,000ºC, correspondientes a casi tres veces la temperatura del Sol.

La probabilidad de que te caiga un rayo varia de acuerdo a muchos autores, pero va de 1 en 2,300,000 a 1 en 7,000,000; así que no hay que temerlos mucho (el miedo a los rayos se llama Astrafobia si no me equivoco), y por cierto, no importa lo que hayan escuchado, los rayos sí caen dos veces (o más) en el mismo lugar.

El Huracán Carlotta acaba de terminar su paso por las costas mexicanas, dejando tras de sí afectadas a más de 12,500 viviendas  tan sólo en Oaxaca y por lo menos hasta el momento, 3 muertos.

Pero ¿qué es un huracán? ¿Por qué se forman? ¿Quién les pone sus nombres? Pues hoy responderemos esas preguntas aquí en los Lunes de Ciencia de Fukiu.

Una Tormenta Tropical es un sistema de baja presión que produce fuertes vientos y abundante lluvia, eso es lo que siempre escuchamos en televisión, ¿pero realmente que significa eso?

Los ciclones, tormentas tropicales o huracanes se forman a partir de áreas en que la presión atmosférica desciende muy cerca de la superficie de la tierra. Esto se debe a que cuando el aire está caliente, asciende, haciendo bajar la presión y provocando inestabilidad, es ahí cuando se forma entonces un ciclón, mientras que cuando el aire está frío, desciende, haciendo aumentar la presión y provocando estabilidad se forma entonces, un anticiclón.

Es entonces que debido a la diferencia de densidades, el aire frío y el caliente no se mezclan  (pensemos en el agua y el aceite), por lo que el aire frío empuja hacia arriba al aire caliente provocando una inestabilidad. Es todo eso lo que comienza a formar a la tormenta tropical, y a esta zona de contacto es a la que se conoce como frente. Precisamente por todo eso, es que hay zonas que son más propensas a generar tormentas tropicales, que son los tropicos, en los cuales se encuentran las corrientes calidas que vienen del Ecuador, y las frías que vienen de los Polos, que ayuda a la formación de todo eso.

El por qué se forman realmente o cuales son las condiciones necesarias para su formación es algo que aún no se ha logrado descubrir completamente. Se menciona muy a menudo que las tormentas tropicales y huracanes, son algo así como el sistema de enfriamiento del planeta, y sirven para regular su temperatura, es por ello que a causa de la contaminación y el calentamiento global, tengamos cada vez tormentas más fuertes y más seguido.

Los huracanes son como maquinas termicas gigantes, y gracias a procesos de las corrientes, del calor, condensaciones, es lo que le da energía. Por ejemplo, la condensación hace que haya una mayor velocidad en el viento, los vientos más rápidos ocasionan presiones más bajas, lo que ocasiona una mayor evaporación y esta eventualmente se condensa al seguir su paso por el sistema; osease, es como un circulo vicioso. La rotación de la Tierra es la que se encarga de darle su giro a la tormenta o huracán, y eso es conocido como el efecto Coriolis, que también ocasiona que al norte del Ecuador giren en sentido contrario a las manecillas del reloj, y al sur de Ecuador en sentido horario.

Los científicos estiman que un huracán expulsa cerca de 50 a 200 trillones de watts al día de energía, eso es aproximadamente 70 veces la energía consumida por los humanos en todo el mundo.

No todas las caídas de presión se transforman en tormentas tropicales o en huracanes, pero para aquellas que sí lo hacen se reservan nombres de una lista que cambia cada ciertos años. El porque se les ponen nombres es para que la población las identifique más fácilmente, y para ahorrar tramites en las compañías de seguros y agilizar las cosas. Estos nombres suelen ser decididos por algunas agencias como la Organización Meteorológica Mundial, o algunas oficinas u organismos regionales. Si alguna tormenta fue especialmente destructiva, su nombre es retirado de la lista, y no se vuelve a usar, es por eso que ya no ha vuelto a haber huracanes Katrina, Ike, Wilma, entre otros.

La elección de los nombres se supone que es aleatoria, aunque al principio no era así, los nombres solían ser de acuerdo al santoral del día que la tormenta golpeaba tierra; un meteorologo australiano solía nombrarlos de acuerdo a las personas que le caían mal, y a partir de las épocas de la Segunda Guerra Mundial, se utilizaron nombres de mujeres como practica usual para su nomenclatura. Debido a la naturaleza destructiva de las tormentas, muchas personas se quejaron de que era muy sexista el utilizar sólo nombres femeninos (aunque creo que precisamente se debió a eso XD) y finalmente la Organización Meteorológica Mundial decidio incluir nombres masculinos en la lista. Se preparan 21 nombres cada año, y en caso de que hayan más tormentas y se terminen esos nombres, se utilizan letras del alfabeto griego para nombrar a los siguientes.

Sin importar lo terribles que nos puedan parecer los huracanes, no todo lo que hacen es malo, fuera de la destrucción que se genera por su causa (el huracán Katrina genero más de 89,600,000,000 millones de dolares en daños) o las muertes que estos puedan acarrear (el huracán Bhola ocasiono más de 500,000 muertes en Bangladesh), no todo es malo, como antes ya lo dije, es una forma del planeta de regular su temperatura, además de que ayudan a lograr que las lluvias lleguen a zonas que normalmente no lo harían, evitando que estas sean desérticas. México debe una buena parte de su precipitación anual a la temporada de huracanes, y otros `países como Japón directamente depende más de la mitad de su precipitación anual de estas tormentas.

Así que mejor debemos prepararnos más para evitar desastres, en vez de renegar de algo que es parte de los procesos naturales de nuestro planeta.

Cuando vamos en Primaria nos hablan de la materia, aquella cosa que ocupa un lugar en el espacio; y nos dicen que esta se presenta en 3 estados distintos, el sólido, el líquido y el gaseoso, y nuestro ejemplo primordial es el agua:  hielo estando solido, agua estando liquido, vapor siendo gas.

Pero, ¿acaso habrá más estados de la materia? Y ¿por qué esos estados existen? Bueno, pues el día de hoy hablaremos un poco de todo eso en Fukiu.

Primero de todo: ¿qué son los estados de agregación de la materia?

Los estados de agregación de la materia son las distintas fases que la materia puede tomar. Sólido, Líquido y Gaseoso, son los más comunes que se presentan en el planeta, pero no son los únicos, existen otros estados como lo son el Plasma (cuando hablé de que es fuego, mencione a este estado), Supersólidos, Superfluidos, Cristales, Estado Vitreo (vidrio prácticamente) Condensados de Bose-Einstein, Condensados Fermionicos, Moléculas de Rydberg, Materia Extraña (también llamada materia de quarks), Materia Degenerada, Materia Fuertemente Simétrica, Materia Débilmente Simétrica, Materia Oscura; y estos son tan sólo los que yo conozco, hay todavía más estados de la materia, y los que se siguen descubriendo.

El entender estos estados es sin embargo más complicado, es por eso que para usos comunes sólo hablamos de tres de ellos. La aparición de más estados o fases tiene que ver con las temperaturas y presiones a las que se somete la materia, y sus cambios o transiciones de fase, son también un objeto de estudio importante, por ejemplo en mi rama, la industria petrolera.

Pongamos de ejemplo al agua nuevamente, el ejemplo universal para los estados de agregación de materia, que en temperatura bajo cero generalmente se presenta en forma solida o de hielo, que en un rango de temperatura entre 0º y 100º se presenta en liquido, y que en un rango mayor a 100º se nos presenta como gas o vapor de agua. Esos valores se pueden alterar sin embargo, y por ejemplo entre menor presión tengamos, menor será la temperatura necesaria para llegar a la fase gaseosa, pudiendo tener vapor incluso a los 0º grados centigrados si la presión es lo suficientemente baja; y tener agua supercalentada, agua que supere los 200º centigrados si la presión es lo suficientemente alta.

Además hablamos de las transiciones entre los cambios de fase, esto por lo general se representa a través de lineas en diagramas de fase, en dónde además nos encontramos con otras cosas como los Puntos Críticos por mencionar algo, y que son de mucho estudio en mi carrera por ejemplo, donde analizamos también las cricondenbaras y las cricondentermas, la primera siendo la presión mas elevada en una envolvente de saturación que se puede tener antes del cambio completo de fase, y la segunda la temperatura más elevada en la misma saturación; en fin no entremos en esos temas que no me alcanzaría el tiempo para explicarlo todo. Las transiciones no son instantáneas, son graduales, y por lo mismo tenemos puntos en los que podemos tener simultáneamente dos fases (la sólida y la líquida por ejemplo), e incluso un punto en el que tenemos las tres fases al mismo tiempo, conocido como Punto Triple, y que en el caso del agua se da a 273.16º K y a una presión de 611,73 Pa.

Bueno, me salí un poco de tema, regresando a lo complicado de entender los demás estados de la materia, sabemos que el sólido es cuando un cuerpo tiene una forma compacta y sus moléculas o átomos están entrelazados estrechamente; el líquido que tiene la capacidad de fluir y de adaptarse al recipiente que los contenga, con unión entre los átomos, pero no tan alta como en sólidos, y el gas cuyos átomos están muy separados y pueden adaptarse por todo el espacio que los contiene. No es tan simple con un Condensado de Bose-Einstein que es básicamente cuando la materia se deja de comportar como partículas independientes y colapsan en un estado cuantico; las Moléculas de Rydberg que se forma debido a la condensación de átomos excitados; la Materia Degenerada que teoricamente se cree que existe dentro de las estrellas de neutrones; o la Materia Oscura, que hasta el momento no sé sabe realmente que es.

Y a todo esto hay que sumar aquello que descubramos con el tiempo, o aquello que notemos que reacciona diferente tras una observación más detallada (como le paso al Estado Vitreo), así que en realidad estamos muy lejos de saber cuales realmente sean todos los estados en que pueda existir la materia en nuestro universo, y quien sabe sí  podamos definir los mismos estados para la Antimateria por ejemplo u otros completamente nuevos. Eso es precisamente lo emocionante de la ciencia.

Si el Sol es el astro rey en nuestro firmamento, no cabe duda que la Luna sería la reina del mismo. Majestuosa y bella, ha inspirado a miles de artistas a lo largo de la historia de la humanidad, e iluminado nuestros caminos en las noches. Las ideas concebidas anteriormente nos hablaban de una tierra inmóvil, y de astros que giraban alrededor de ella, pero que gracias al trabajo de Galileo, se pudo demostrar que no es así, y fue también ese día probablemente cuando a alguien se le ocurrió que la luna tenía otra cara.

El post del día de hoy va dedicado a un amigo mio llamado Jorge, quien me hizo esa pregunta alguna vez, pero creo que jamás me entendió. Hoy ampliare un poco la respuesta que le dí y confío que si ustedes la ignoraban también, les quede resuelta esa duda.

La cara oculta de la Luna es el hemisferio no observable de nuestro satélite, y que ignorábamos como era hasta que una sonda soviética (cuyo nombre desconozco) lo fotografió por allá de finales de los 50’s; últimamente ha sido utilizado por la ciencia ficción, gracias a las siempre presentes conspiraciones que hablan de bases alienigenas y cosas por el estilo; en fin, eso no nos interesa el día de hoy.

La respuesta rápida al porque sólo vemos una cara de la Luna sería debido a los movimientos de rotación y traslación tanto de la Luna y de la Tierra. Curiosamente a la Luna le toma el mismo tiempo dar una vuelta sobre sí misma que dar una vuelta completa alrededor de la Tierra, que dura 27 días, 7 horas, 40 minutos aproximadamente, y eso es precisamente lo que hace que sólo observemos una cara de nuestro satélite.

Imaginémonos que nos ponemos en un sólo punto y comenzamos a girar, mientras un amigo nuestro gira a nuestra misma velocidad y alrededor de nosotros. Sí iniciamos ambos de frente al girar, cuando él termine de dar una vuelta completa a nuestro alrededor, nos daremos cuenta que nunca le vimos la espalda, esto es básicamente lo que pasa con la luna.

El porqué eso funciona así lo podemos definir gracias a Newton y a su Ley de la Gravitación Universal (no pongo ecuaciones en estos posts para no asustar a nadie =P), que nos demuestra que tenemos una fuerza reciproca en el centro de masa de la Tierra y la Luna. Es conveniente explicar también que la Luna no gira alrededor de la Tierra como nos dicen en la escuela, sino que la Tierra y la Luna giran en torno al centro de masa de ambos; este movimiento es también el responsable de las mareas al ser la Tierra más grande que la Luna, y esta ultima estar expuesta a la fuerza gravitatoria del planeta, y también ocasiona que la Luna se aleje de la tierra 3 cm cada año.

La Luna tiene tres tipos de libraciones a causa de todo lo anterior, siendo libración el conjunto de movimientos oscilatorios que presenta. La libración en longitud se debe a que la Luna acelera cuando está más cerca de la tierra desacelera cuando esta más alejada. La libración en latitud que se debe a la pequeña inclinación de la Luna en el eje de rotación respecto a la Tierra, y que para explicarlo podemos decir que es igual al de la Tierra respecto al Sol y responsable de las diferentes estaciones en el Polo Norte y Sur. Y finalmente la libración diurna que se debe a la rotación de la Tierra.

Y es así finalmente que gracias a todos esos procesos combinados tan sólo podemos observar una cara de la Luna.

Antimateria, es una palabra que la mayoría de nosotros hemos escuchado por lo menos una vez, aunque no siempre estamos muy seguros de lo que este implica, yo recuerdo que la primera vez que me interese realmente por el concepto, fue cuando vi el anime Neon Genesis Evangelion por ejemplo. Sea como fuere, hoy aprovechando los Lunes de Ciencia en Fukiu, le dedicaremos un poco de tiempo a este concepto.

La materia, comúnmente definida en la escuela como todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, está compuesta principalmente por átomos, las infinitas combinaciones de estos es lo que dan lugar a todo lo que observamos; los átomos a su vez están compuestos de electrones, protones y neutrones, estos son llamados partículas subátomicas.

Hay una rama de la física llamada la Física de Partículas, que se dedica completamente al estudio de estas, no sólo de los electrones, protones y neutrones; tenemos los fermiones, los quarks, los leptones (categoría en la que entran electrones, protones y neutrones) y los bosones. Aparte existen partículas compuestas como los mesones y los bariones. En fin, todas estás partículas componen nuestro universo, tanto en escala microscópica como macroscópica.

Paul Dirac, predijo en 1928 la existencia de un electrón de carga positiva, llamado comúnmente positron, y a partir de eso, se determino que todas las partículas deben de tener su antipartícula, algunas son idénticas como los fotones, que no tienen carga, y algunas de carga neutra no son iguales a su antipartícula. En fin, son conceptos un poco difíciles si nos sentamos a analizarlos correctamente. Regresando al tema original, así como ya dijimos que la materia se integra de electrones, protones y neutrones (entre otras cosas), la Antimateria se integra por positrones, antiprotones, y antineutrones. De esta forma tenemos al Hidrogeno, y también al Antihidrogeno por ejemplo.

Las antipartículas se generan de forma natural por todo el universo, el simple impacto de rayos cósmicos en la atmósfera terrestre producen antipartículas, aunque estas se eliminan casi instantáneamente. El universo se compone en su mayoría por partículas y no por antipartículas, sin que los científicos estén muy seguros del porque sea eso, aunque se cree que pueden existir partes del universo en que la antimateria sea predominante por sobre la materia, de esta forma tendríamos incluso galaxias de antimateria, pero de existir, tendrían las mismas propiedades químicas y de absorción y emisión de espectros, por lo que distinguirlas sería muy complicado.

La antimateria es muy interesante de analizar para los físicos, porque se cree que durante el Big Bang existían la misma cantidad de partículas y de antipartículas, así que el definir porque predomino sólo un tipo, es importante; aunque es acertado decir que si esa proporción se hubiera mantenido, es posible que el universo hubiera sido un lugar muy distinto a como lo vemos ahora y nosotros no existiríamos en él.

Es muy difícil el estudio de la antimateria debido a que como ya dije, esta desaparece casi instantáneamente, pero ¿a qué se debe eso?

Los positrones son tan estables como los electrones, de hecho son idénticos en todos sus aspectos, excepto en su carga eléctrica; pero cuando un electrón y un positrón se encuentran, ambos quedan asociados, giraran en torno a un centro de fuerza, y terminaran combinándose. Cuando se combinan estas partículas, ambas se neutralizan y desaparecen sin dejar rastro de la materia. Igual desde la primaria nos han enseñado que la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma, así que no desaparecen como tal y como resultado nos brindan energía en forma de radiación gamma.

Al antiprotón le pasa algo parecido, en una minúscula fracción de segundo después de su creación, la partícula desaparece, se aniquilan entre si el antiprotón y un protón de algún núcleo, que se transforman en energía y partículas menores. A veces, el protón y el antiprotón solo se rozan en vez de chocar, cuando eso pasa, ambos neutralizan sus respectivas cargas, el protón se convierte en un neutrón, y el antiprotón se transforma en un antineutrón.

La energía liberada por la aniquilación de materia y antimateria es increíble. Se estima que con tan sólo 10 miligramos de antimateria podríamos llevar una nave espacial a marte, así que sus usos como combustibles serían muy útiles, sin embargo es muy costoso el almacenar antimateria, porque se tiene que evitar que esta entre en contacto con la materia normal, y aún más costoso que almacenarla, es el crearla. Crear un miligramo de antimateria cuesta cerca de 60,000 millones de dolares (la fortuna de Slim más o menos), otros son más optimistas y dicen que 10 miligramos cuestan 250 millones de dolares; de igual forma es muy costosa su producción, y sin aplicaciones reales no se invierte mucho en ella.

Sólo podemos especular lo que un verdadero dominio de la antimateria y las antiparticulas pueda acarrear a nuestra civilización, yo imagino por ejemplo si se llega a descubrir el gavitrón, y de él el antigravitón (los gravitrones son las partículas teóricas responsables de la gravedad), no habría necesidad de “quemar” antimateria, con sólo cargar un cuerpo de antigravitrones bastaría para que este se repeliera hasta llegar al destino deseado. En fin sólo podemos imaginar y soñar lo que esto nos podría deparar, y ya que esta es una versión muy resumida de lo que son las antipartículas y la antimateria, los invito a que si les intereso, investiguen un poco más de ello.

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